
澳洲新南威爾斯大學(UNSW Sydney)新創公司 Diraq 宣布重大成果,其開發的矽量子晶片首次證明能在 300 毫米晶圓廠的標準製程環境中維持 99% 保真度,不再只是實驗室裡的概念驗證。這項研究由 Diraq 與比利時校際微電子研究中心(imec) 合作完成,並發表在《Nature》期刊。
過去,矽自旋量子位元(silicon spin qubits)的高保真操作僅在學術實驗室中出現,能否在晶圓廠規模製造下重現一直備受質疑。所謂保真度(fidelity),簡單來說就是量子電腦操作的「準確率」,用來衡量實際運算結果與理想結果的相似程度。例如,當我們想把 qubit 從「0」翻轉成「1」時,若 100 次中有 99 次正確,就代表保真度達到 99%。
這次成果首次展示,透過標準半導體製程工具製造的 qubit,不僅單 / 雙量子位元操作保真度超過 99%,狀態準備與測量(SPAM)甚至達到 99.9%。研究同時指出,主要誤差來自殘留的 29Si 同位素,若進一步純化至 50 ppm 以下,效能還能提升。這意味著,學術實驗室的成果已成功「複製」到晶圓廠環境,為量產鋪路。
對量子電腦的意義
量子電腦要達到「容錯運算」(Fault Tolerance)必須突破 99.9% 保真度門檻,否則在大規模計算時,誤差會急速累積,導致結果失效。Diraq 的成果雖然尚未完全跨越這一門檻,但已大幅縮小差距,並為降低量子錯誤修正的「成本」提供了清晰方向。透過進一步的材料純化與自動化調校,未來有望實現更穩定的高效能 qubit 陣列。這不僅讓量子電腦更接近「實用規模」(utility scale),也意味著其在商業應用與科研突破上的可行性正在提升。
隨著矽自旋 qubit 在晶圓廠中展現穩定表現,量子電腦正逐步與半導體製程融合。與其他平台(如超導 qubit、離子阱 qubit)相比,矽 qubit 的優勢在於能直接利用既有的 CMOS 製造技術與晶圓產線,大幅降低成本並具備可擴展性。這也說明,相較於其他標準的量子電腦製作模式,矽 qubit 的路徑更簡單、成本更低,產業化可行性也更高。
(首圖來源:新南威爾斯大學)